Структурная схема высокочастотного напряжения

Источник напряжения для аппарата должен осуществлять преобразование низкочастотного напряжения сети 220В 50Гц в высокочастотное высоковольтное. Для повышения напряжении в схеме необходим трансформатор. Для повышения частоты - выпрямитель переменного напряжения с последующим инвертированием.

Существует две традиционные схемы построения источников напряжения: с трансформаторным входом и бестрансформаторным входом. На рисунке 2.2.1 приведены структуры таких источников.

При трансформаторном входе напряжение первичной сети трансформируется с помощью трансформатора Т в напряжения требуемых номиналов, выпрямляется с помощью выпрямителя В. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются фильтром Ф, а его величина стабилизируется стабилизатором напряжения. Далее, с помощью инвертора, полученное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное. При бестрансформаторном входе переменное напряжение первичной сети сначала выпрямляется с помощью выпрямителя В1. Его пульсации уменьшаются с помощью фильтра Ф1, а величина стабилизируется с помощью стабилизатора напряжения СН. Полученное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное напряжение с помощью инвертора И. Оно трансформируется в нужные напряжения трансформатором Т, массогабаритные показатели которого из-за высокой частоты напряжения, подаваемого на его вход, сравнительно невелики.

Так как проектируемый источник должен быть достаточно легким и иметь небольшие габаритные размеры, то необходимо делать источник напряжения с бестрансформаторным входом.

Для преобразования переменного синусоидального сетевого напряжения в постоянное напряжение в подобной схеме может быть использован, выпрямитель на полупроводниковых диодах, осуществляющий непосредственное выпрямление, и емкостной фильтр для сглаживания выпрямленного напряжения.

Наличие конденсатора в фильтре обуславливает то, что форма потребляемого от сети тока представляет собой импульсы короткой длительности и большой амплитуды. Это негативно отражается на качестве питающей сети и не отвечает жестким требованиям современных отечественных и мировых стандартов по электромагнитной совместимости. Основной показатель влияния потребителя на сеть — коэффициент-мощности. Это показатель, который характеризует искажения, создаваемые нагрузкой в сети переменного тока. Существует два вида искажений -гармонические и нелинейные. Гармонические искажения вызываются нагрузкой реактивного характера и представляют собой сдвиг фаз между током и напряжением. Нелинейные искажения вносятся в сеть «нелинейными» нагрузками. Эти искажения выражаются в отклонении формы волны тока или напряжения от синусоиды. В случае гармонических искажений коэффициентом мощности считается косинус разности фаз между током и напряжением или отношение активной мощности к полной мощности, потребляемой из сети. Для нелинейных искажений коэффициент мощности равен доле мощности первой гармонической составляющей тока в общей мощности, потребляемой устройством. В общем случае коэффициент мощности - это произведение косинуса угла разности фаз между

напряжением и током на косинус угла между вектором основной гармоники и вектором полного тока.

Коэффициент мощности выражается в виде десятичной дроби, значение которой лежит в пределах от 0 до 1. Его идеальное значение - единица, 0,95 - хорошее значение. Разрабатываемый источник напряжения без коррекции будет иметь значение коэффициента мощности около 0,65. Для устранения этого отличия между выпрямителем и фильтром источника напряжения включают специально разрабатываемые активные корректоры коэффициента мощности (ККМ), позволяющие обеспечить требуемое значение указанного параметра. С 1 января 2002 года в России действует положение, по которому все источники питания мощностью свыше 250Вт (в Европе свыше 100 Вт) должны иметь в своем составе ККМ.

Для получения на выходе фильтра стабильного напряжения используют тот же ККМ, в который встроен регулятор напряжения при помощи системы управления (СУ). Эта система управления, за счет обратной связи, получает информацию о величине напряжения на выходе емкостного фильтра и осуществляет стабилизацию этого напряжения.

В разрабатываемом приборе должна быть реализована плавная подстройка мощности. Сделать это можно регулируя напряжение на выходе фильтра (в диапазоне 400 - 800В) с помощью блока регулирования мощности, который будет воздействовать на СУ корректора, обеспечивая изменение напряжения на выходе всей схемы (в диапазоне 1000- 2000В) и влияя на величину выходной мощности всего устройства.

Постоянное напряжение с выхода фильтра подается на вход инвертора и преобразуется в переменное напряжение высокой частоты 400кГц с уровнем напряжения, равным постоянному напряжению на фильтре. Для функционирования инвертора необходима система управления, которая задаст частоту его работы, а также будет осуществлять регулирование мощности путем, изменения частоты следования волновых пакетов. На. эту СУ также будет подаваться сигнал с блока регулирования мощности.

Переменное напряжение с инвертора подается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора с одного конца заземляется, а с другого конца снимается требуемое высокочастотное высоковольтное напряжение, которое подводится непосредственно к рабочему электроду. Рабочий электрод по виду является «игольчатым», на его конце и происходит формирование плазмы в высокочастотном дуговом разряде после подачи питающего напряжения.